(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃ：０．０１〜０．２０％、Ｓｉ：０．８０％以下、Ｍｎ：０．４〜２．５％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ａｌ：０．１５％以下を含有し、残部がFeおよび不可避不純物からなる鋼片を９５０℃以上に加熱後、熱間圧延を施し、８００℃以上で仕上げ圧延終了後、直ちに、圧延仕上げ温度から７５０℃以下までの冷却過程において、冷却温度幅が５０℃以下の冷却と５秒以上の復熱過程とからなる熱サイクルを２回以上繰り返して、鋼板表面温度を７５０℃以下まで冷却することを特徴とするスケール密着性に優れた鋼材の製造方法。
【請求項２】
鋼成分として、さらに、質量％で、Ｔｉ：０．００５〜０．２０％、Ｃｕ：０．０１〜２．０％、Ｎｉ：０．０１〜４．０％、Ｃｒ：０．０１〜２．０％、Ｍｏ：０．０１〜２．０％、Ｎｂ：０．００３〜０．１％、Ｖ：０．００３〜０．５％、Ｂ：０．０００５〜０．００４０％、Ｃａ：０．０００１〜０．００６０％、Ｍｇ：０．０００１〜０．００６０％、ＲＥＭ：０．０００１〜０．０２００％のうちから選ばれた１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項１に記載のスケール密着性に優れた鋼材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は造船、土木、建築、橋梁、建設機械、鋼管等に使用される鋼材であって、特に黒皮（スケール）ままで使用される場合や、黒皮に塗装が施されたりする場合など、鋼板表面の美麗性が要求される鋼材や、曲げ加工によるスケールの剥離が問題になる鋼材、レーザ切断性が要求されるようなスケールの密着性が要求される鋼材に関する。なお、本明細書においては鋼材として厚鋼板を中心に記載するが、本発明が対象とする分野は厚板に限ることなく、形鋼、条鋼、熱延鋼板も含む。
【背景技術】
【０００２】
近年、建設機械や橋梁などの分野を中心として表面の美麗な鋼板が要求されてきている。これらはスケールが付いたままの状態で加工されたり、塗装がなされたりするために、スケールの均一な密着性が強く要求される。また、強固に密着したスケールを有する鋼板ではレーザ切断性を向上させることも可能である。そこで、従来からスケールとの密着性に優れた鋼板の製造方法が検討されている。
【０００３】
特許文献１には、圧延しながら水冷を行い、８００℃以下にすることでスケールの成長を抑え、薄スケール鋼板を製造する方法が開示されている。また実質的な圧延終了温度を８５０℃以下にすることが有効であるとしている。
【０００４】
特許文献２には、８００℃超え、好ましくは８５０℃以上の温度で仕上げ圧延を起こない、その後４秒以内に水冷によって６５０〜７００℃まで冷却を行い、その後の空冷によってスケールをマグネタイト主体に変態させる方法が開示されている。
【特許文献１】特開平７−４８６２２号公報
【特許文献２】特開平９−２３９４２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載された製造方法の場合、高温から鋼板表面を急冷するとスケールと鉄の熱収縮の差によって微細な割れがスケール−鉄界面で多数生成し、密着性を低下させる問題がある。また、８５０℃以下の温度までデスケーリングをしながら圧延を低温で終了させることは、一般的に薄スケール鋼板の製造では有効であるが、圧延の能率を著しく低下させる問題があった。
【０００６】
いっぽう、特許文献２に記載された製造方法においては、圧延終了から４秒以内で冷却を開始し、スケールの成長を抑制することと冷却停止温度を限定してスケールの改質を行うことが特徴であるが、冷却開始までの時間が短いとスケール厚が薄くなり、スケール自体の強度が低下して水冷によって容易に割れが入りやすく、それを起点としてスケールがはがれることで密着性が低下する問題があった。
【０００７】
レーザ切断性の観点からも、スケール密着性の良好な鋼材が要求されていた。
【０００８】
本発明は、スケールと地鉄との界面に微細な割れが発生しないスケール密着性に優れた鋼材の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
発明者等は、上記した問題点を解決するために、鋭意検討した結果、鋼材の熱間圧延中あるいは圧延終了後に鋼材を急激に冷却するとスケールと地鉄との界面に微細な割れが生成すること、そしてそれがスケール剥離の原因になること、を見出した。また、スケールの密着性に関して、スケール厚がある程度厚くなければスケール自体の強度が不足するため、少しの歪みでスケールに割れが発生することも新たに見出した。
【００１０】
すなわち、スケール密着性の向上には、ある程度のスケール厚みを有し、地鉄との界面に微細な割れが発生していない状態を作り出すことが重要であり、その製造方法を検討した結果、スケールがある程度成長した鋼板を冷却する際に冷却と復熱とを繰り返しながら冷却することが有効であることが分かった。
【００１１】
スケールの強度と割れ発生抑制の観点から、冷却開始時のスケール厚みは５〜３０μｍが適切であり、好ましくは８〜１５μｍである。また冷却パターンについては圧延終了後に上記のスケール厚になった鋼板を一回の冷却での温度降下幅が５０℃以内となるような冷却と５秒以上の復熱過程とからなる熱サイクルを２回以上繰り返しながら鋼板表面温度が７５０℃以下になるまで冷却することが微細な割れ発生を抑制する有効な手段であることを見出した。
【００１２】
本発明は上記した知見に基づいて完成されたものであり、その要旨は以下の通りである。
【００１３】
第一の発明は、質量％で、Ｃ：０．０１〜０．２０％、Ｓｉ：０．８０％以下、Ｍｎ：０．４〜２．５％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ａｌ：０．１５％以下を含有し、残部がFeおよび不可避不純物からなる鋼片を９５０℃以上に加熱後、熱間圧延を施し、８００℃以上で仕上げ圧延終了後、直ちに、圧延仕上げ温度から７５０℃以下までの冷却過程において、冷却温度幅が５０℃以下の冷却と５秒以上の復熱過程とからなる熱サイクルを、２回以上繰り返して鋼板表面温度を７５０℃以下まで冷却することを特徴とするスケール密着性に優れた鋼材の製造方法である。
【００１４】
第二の発明は、鋼成分として、さらに、質量％で、Ｔｉ：０．００５〜０．２０％、Ｃｕ：０．０１〜２．０％、Ｎｉ：０．０１〜４．０％、Ｃｒ：０．０１〜２．０％、Ｍｏ：０．０１〜２．０％、Ｎｂ：０．００３〜０．１％、Ｖ：０．００３〜０．５％、Ｂ：０．０００５〜０．００４０％、Ｃａ：０．０００１〜０．００６０％、Ｍｇ：０．０００１〜０．００６０％、ＲＥＭ：０．０００１〜０．０２００％のうちから選ばれた１種または２種以上を含有することを特徴とする第一の発明に記載のスケール密着性に優れた鋼材の製造方法である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明により、スケール密着性に優れた鋼材の製造方法を提供することが可能になった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に本発明の各構成要件の限定理由について説明する。
【００１７】
１．化学成分について
はじめに、本発明の鋼の化学成分を規定した理由を説明する。なお、成分％は、全て質量％を意味する。
【００１８】
Ｃ：０．０１〜０．２０％
Ｃは、鋼板の強度を確保するために重要な元素であり、０．０１％以上の添加が必要であるが、０．２０％を越えて添加すると、著しく溶接性を低下させため、Ｃ量は０．０１〜０．２０％の範囲とする。
【００１９】
Ｓｉ：０．８０％以下
Ｓｉは、強度向上あるいは脱酸材として添加されるので、好ましくは、０．２０％以上の添加が必要であるが、０．８０％を超えて添加すると母材の靱性を害することから、Ｓｉ量は０．８０％以下とする。
【００２０】
Ｍｎ：０．４〜２．５％
ＭｎはＣと同様に鋼板の強度を確保するために必要であるが、過剰に添加すると溶接性を損なう問題があるため、Ｍｎ量は０．４〜２．５％の範囲とする。
【００２１】
Ｐ：０．０３％以下、    Ｓ：０．０１％以下
Ｐ、Ｓは不純物として鋼中に不可避的に含有される元素であり鋼の靭性を劣化させるため、できるだけ低減することが好ましい。特に所定量を越えると溶接熱影響部の靭性が劣化する。従って、Ｐ量、Ｓ量は、それぞれ０．０３％以下、０．０１％以下とする。
【００２２】
Ａｌ：０．１５％以下
Ａｌは、脱酸元素として必要であるが、０．１５％を越えて添加すると鋼板の靭性を著しく低下させるため、Ａｌ量は、０．１５％以下とする。
【００２３】
Ｔｉ：０．００５〜０．２０％
Ｔｉは、母材の靭性確保や溶接熱影響部での靭性確保に効果があるので添加することができ、この効果は０．００５％以上の含有で生じる。しかし、０．２０％を超えて添加すると靱性が劣化するため、添加する場合には０．００５〜０．２０％の範囲が良好である。
【００２４】
Ｃｕ：０．０１〜２．０％
Ｃｕは、強度を増加させるために添加することができる元素である。０．０１％以上添加するとその効果を発揮し、２．０％を越えて添加すると熱間脆性により鋼板表面の性状が劣化するため、Ｃｕを添加する場合、その量は０．０１〜２．０％の範囲とする。
【００２５】
Ｎｉ：０．０１〜４．０％
Ｎｉ、は母材の強度を増加させつつ靭性も向上させることが可能な元素である。０．０１％以上の添加で効果を発揮し、４．０％超えでは効果が飽和し経済的に不利であるので、Ｎｉを添加する場合、その量は０．０１〜４．０％の範囲とする。
【００２６】
Ｃｒ：０．０１〜２．０％、    Ｍｏ：０．０１〜２．０％
Ｃｒ、Ｍｏは、いずれも強度を増加するのに有効であり、０．０１％以上でその効果を発揮し、それぞれ２．０％を超えて添加すると、著しく靭性を劣化させる。よって、これらの元素を添加する場合、Ｃｒ量、Ｍｏ量は共に０．０１〜２．０％の範囲とする。
【００２７】
Ｎｂ：０．００３〜０．１％、    Ｖ：０．００３〜０．５％
Ｎｂ、Ｖは、母材の強度と靭性を向上させる元素であり、いずれも０．００３％以上の添加で効果を発揮する。またそれぞれ０．１％、０．５％を超えるとかえって靭性の低下を招くおそれがある。よって、これらの元素を添加する場合、Ｎｂ量は０．００３〜０．１％の範囲、Ｖ量は０．００３〜０．５％の範囲とする。
【００２８】
Ｂ：０．０００５〜０．００４０％
Ｂは鋼の焼入れ性を向上させる元素であり、この効果によって強度を増加させることができる。この効果は０．０００５％以上の添加で顕著になり、０．００４０％を超えて添加しても効果は飽和するので、Ｂを添加する場合、その量は０．０００５〜０．００４０％の範囲とする。
【００２９】
Ｃａ：０．０００１〜０．００６０％、    Ｍｇ：０．０００１〜０．００６０％、
ＲＥＭ：０．０００１〜０．０２００％
Ｃａ、Ｍｇ、ＲＥＭは鋼中のＳを固定して鋼板の靭性を向上させる働きがあり、０．０００１％以上の添加で効果がある。しかし、それぞれ０．００６０％、０．００６０％、０．０２００％を超えて添加すると鋼中の介在物量が増加し靭性をかえって劣化させる。
したがって、これらの元素を添加する場合、Ｃａ量は０．０００１〜０．００６０％、Ｍｇ量は０．０００１〜０．００６０％、ＲＥＭ量は０．０００１〜０．０２００％の範囲とする。
【００３０】
２．製造方法について
製造方法について、各条件の限定理由を以下に述べる。
【００３１】
鋼片加熱温度：９５０℃以上
鋼片加熱温度が９５０℃未満の場合は、鋼片の鋳造段階で析出している粗大なＡｌＮが固溶せず、靱性が低下する。また、添加元素が十分に均一に拡散せず、靱性が低下する。よって、鋼片加熱温度は９５０℃以上でなければならない。一方、１２００℃を超えて加熱すると、オーステナイト粒が粗大化し靱性が低下するので、好ましくは、加熱温度は、９５０〜１２５０℃の範囲とするのが良い。
【００３２】
圧延仕上げ温度：８００℃以上
圧延仕上げ温度（熱間圧延終了温度）が８００℃未満の場合には、圧延能率が大きく低下する。また、圧延仕上げ温度が８００℃未満になると、圧延終了から冷却開始までの間のスケール成長が不十分となり、冷却開始時のスケール厚みが薄すぎて、スケールと地鉄との界面の微細割れが生じ易く、スケール剥離の原因となる。このため、仕上げ圧延温度は８００℃以上とする。
【００３３】
冷却停止温度：７５０℃以下
冷却停止温度が７５０℃を超えると、スケールが過度に成長してしまい、本発明の狙いである薄スケール化が十分には達成できないため、スケール剥離性が劣化する。このため、冷却停止温度は７５０℃以下とする。
【００３４】
冷却時の温度降下幅：５０℃以下、復熱時間：５秒以上
冷却時の温度降下幅が５０℃を超える冷却を連続して行うと、スケールと地鉄の収縮量の差が大きくスケールと地鉄との界面に割れが発生する。また復熱過程では、復熱時間が5秒未満ではスケールと地鉄との温度の均一化が不十分で熱応力によって割れが発生しやすいため十分な復熱時間を取ることが好ましい。しかし、復熱時間が長すぎるとスケールが成長して厚くなリすぎる可能性があるため、３０秒以内が好ましい。
【００３５】
スケール厚さについて
鋼板冷却開始時のスケール厚みは、５〜３０μｍの範囲内であることが好ましい。これは、冷却開始時のスケール厚みが５μｍ未満であると、冷却時の温度むらによる歪みや鋼板の搬送時のたわみ程度の歪みによってスケールと地鉄との界面に微細な割れが多数発生し、逆に、冷却開始時のスケール厚みが３０μｍ超えであると、地鉄とスケールとで冷却時の収縮量が大きく異なることにより界面での剥離が生じやすくなるためである。さらに好ましい範囲は、８〜１５μｍである。
【実施例１】
【００３６】
以下、実施例について本発明を説明する。
表1に示す組成の溶鋼を転炉で溶製しRH脱ガス処理を施したのち、連続鋳造法で鋼素材（２１５ｍｍ厚スラブ）とした。その鋼を９８０〜１２５０℃の温度域に再加熱し、基本条件として８００℃以上の温度で圧延を完了し、その後、この圧延後の鋼材を、冷却長が２ｍの通過型冷却設備の中を正方向および逆方向に通過させることにより、表面が７５０℃以下の温度になるまで冷却と復熱とを繰り返しながら冷却し、その後放冷して板厚２０ｍｍｔの鋼板を作製した。
【００３７】
【表１】
0005130953.tif 000002
【００３８】
評価はそれぞれの組成の鋼板でＪＩＳ  Ｋ５６００に準じて１ｍｍ間隔で格子パターンの各方向でのカット数が６個となるようにしてテープによる剥離試験を行い、スケールの密着性を評価した。密着性は２５個の格子の中のスケールが剥離・脱落した比率で評価した。
【００３９】
製造条件が本願発明の範囲を満足するＮｏ．１〜Ｎｏ．１８は、スケール剥離率が非常に低い値であった。
【００４０】
一方、Ｎｏ．１９〜Ｎｏ．２４は、製造条件のうち何れか一つ以上が本願発明の範囲外となっている比較例である。Ｎｏ．１９は圧延仕上げ温度が７５０℃と下限温度以下となったため、Ｎｏ．２０は冷却停止温度が８００℃と上限温度以上となったため、Ｎｏ．２１は冷却温度幅が７０℃／回と広すぎるため、Ｎｏ．２２は冷却停止温度が７８０℃と上限温度以上で、復熱時間も３ｓと短いため、Ｎｏ．２３は冷却・復熱回数が１回と少ないため、Ｎｏ．２４は冷却温度幅が６０℃／回と広すぎ、また、復熱時間も２ｓと短いため、いずれもスケール剥離率が高くなった。  
【００４１】
【表２】
0005130953.tif 000003
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、厚鋼板、熱延鋼板、条鋼、形鋼等の熱間圧延鋼材の製造に幅広く適用できる。